Valutazione delle proprietà fisiche e chimiche dei camici anti-x reperibili sul mercato italiano

Transcript

1 Valutazione delle proprietà fisiche e chimiche dei camici anti-x reperibili sul mercato italiano Manuel Cecchini (*), Gigliola Lusvardi (**), Domenico Acchiappati (*) (*) Struttura Complessa di Fisica Sanitaria AUSL Modena (**) Dipartimento di Chimica Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia PREMESSA Tra i Dispositivi di Protezione Individuali (DPI) per la protezione dalla radiazione ionizzanti i più comunemente utilizzati in diagnostica per immagini, in radiodiagnostica complementare e in ambiente odontoiatrico, sono i camici anti-x. Le proprietà schermanti di un materiale dipendono sia dal tipo e spessore del materiale, sia dallo spettro di energia della radiazione RX incidente. Storicamente i primi camici erano costituiti quasi esclusivamente da Piombo (Pb) ma il notevole peso e le difficoltà legate allo smaltimento hanno favorito l introduzione sul mercato, da parte delle aziende produttrici di camici anti X, di prodotti alleggeriti composti sia da mescole contenenti una piccola percentuale di piombo sia da mescole totalmente prive di piombo. Lo scopo del presente lavoro è l analisi delle proprietà fisiche e chimiche, di un campione significativo dei camici anti-x attualmente reperibili sul mercato, e una loro prima correlazione. Per questo si è proceduto alla misura della trasmissione per fasci X di varia energia e successiva valutazione di equivalenza in mm di Pb. Si è misurato il peso per unità di superficie (espresso come Kg/m²). I singoli campioni sono stati sottoposti allo studio diffrattometrico e morfologico al fine di individuarne la composizione con particolare riferimento agli elementi pesanti presenti. Sono stati presi in esame camici anti X commercializzati da quattro Aziende già presenti sul nostro mercato e da una Azienda cinese che pare intenda proporre a breve i suoi prodotti anche in Italia. Al fine di rendere lo studio quanto più possibile rappresentativo della realtà presente in diagnostica per immagini, i camici sono stati esposti al fascio diretto generato da un apparecchio radiogeno impiegando valori di tensioni comunemente utilizzati in tale ambiente, ovvero compresi tra 45 e 100 kvp. Anche se il parametro equivalenza in Pb è forviante, poiché varia significativamente per ogni materiale, dipendentemente dallo spettro di energia della radiazione incidente, si è comunque proceduto alla sua determinazione, nelle nostre condizioni sperimentali, al fine di permettere un confronto con i valori nominali 0.25 e 0.50 mm equivalenti in Pb dichiarati dalle Aziende. MATERIALI E METODI Campioni Esaminati Le tipologie di prodotto a nostra disposizione sono state 7. Tra questi DPI, tre sono dichiarati contenere esclusivamente Pb (campioni individuati con le lettere A,C e D in questo studio), uno Pb + Antimonio (Sb) (individuato come Fv), due presentano esclusivamente Sb (in seguito indicato come B ed Fb) ed uno contiene stagno e tungsteno (Sn + W) (individuato come E). I prodotti esaminati sono nella configurazione cosiddetta spezzata costituita cioè da un Corpetto e da una Gonna. Per 6 di questi si è proceduto alla caratterizzazione fisica di ambo le parti mentre per uno dei prodotti (campione E) è stata caratterizzata la sola Gonna. Per 6 delle 7 tipologie di prodotto erano presenti sia la versione dichiarata dal Produttore 0.25 mm Pb equivalente, sia la versione dichiarata 0.5 mm Pb equivalente. In un caso si disponeva del solo DPI dichiarato 0.25 mm Pb equivalente. Set-up Sperimentale prove fisiche Le prove di attenuazione sono state effettuate utilizzando l apparecchio radiogeno marca Philips modello Optimus (modello tubo RX ) con filtrazione totale pari a 4.12 mm Al. Per l esecuzione degli irraggiamenti il Set-up sperimentale è stato il seguente: l oggetto di prova è stato posto alla distanza di 150 cm dalla macchia focale del tubo RX; 1

2 il Rivelatore di radiazione di riferimento è stato posto a 5 cm dall oggetto di prova (vedi distanza b nello schema di Figura 1). Il rivelatore utilizzato è stato la Camera a ionizzazione modello Radcal 2026 di volume sensibile pari a 180 cc; il Rivelatore Monitor di radiazione (Camera DAP modello Doseguard 100) è stato posto all uscita del tubo RX (distanza di 35 cm dalla macchia focale); è stata mantenuta una distanza w maggiore di 70 cm (vedi Figura 1) tra il rivelatore di radiazione di riferimento e un qualsiasi oggetto o parete all interno del locale; si è utilizzata un apertura dei diaframmi che limitano il fascio RX come previsto dalle norme tecniche di riferimento; per la misura dell equivalenza in piombo sono stati utilizzati schermi di dimensioni 24x30 cm di vario spessore di mm di Pb (0.05, 0.10, 0.15 e 0.50) posizionati all interno di telai dotati di chiusura superiore per il bloccaggio degli schermi. Figura 1: Set-up sperimentale per la determinazione dei valori di attenuazione Figura 2: Set-up sperimentale per la determinazione della curva di attenuazione del Piombo Il Set-up sperimentale è quindi conforme a quello rappresentato in Figura 3, indicato dalle normative IEC / EN Figura 3: Set-up sperimentale secondo norma IEC / EN

3 Per la misura del peso Kg/m² del DPI si è ritagliato un quadrato di dimensioni 10x10 cm e pesato con la bilancia modello Precisa 40SM-200 in dotazione al Dipartimento di Chimica dell'università di Modena e Reggio Emilia. Set-up sperimentale prove chimiche, Microscopia a Scansione Elettronica (SEM) Questa tecnica consente di ottenere informazioni sulla morfologia e sulla composizione della superficie del campione analizzato. A tale scopo viene utilizzato un fascio di elettroni che, penetrando negli strati superficiali del solido (20-50 Å), produce molti segnali dovuti ad elettroni retrodiffusi (BSE, backscattered electrons), secondari (SE), Auger e altri fotoni a varie energie. Gli elettroni retrodiffusi vengono prodotti in seguito a urti elastici degli elettroni del fascio incidente con gli atomi del campione, hanno un alta energia e perciò una grande profondità di campionamento (fino a 10µm). Gli elettroni secondari sono invece prodotti dalle interazioni tra il fascio incidente e gli elettroni esterni degli atomi; hanno per questo motivo bassa energia e forniscono informazioni sugli strati più superficiali del campione (fino a 10nm). Per le informazioni topografiche e morfologiche si utilizzano elettroni BSE e SE, mentre per ottenere dati sulla composizione del sistema si analizzano i raggi X emessi dal campione (EDS, Energy Dispersive Spectroscopy). Per l analisi dei campioni è stato impiegato un microscopio elettronico a scansione Philips PSEM 500 XL-30 in grado di fornire immagini tridimensionali fino a 200 Å e con una capacità di fornire ingrandimenti fino a x. Il microscopio è inoltre equipaggiato con un rilevatore per spettroscopia in dispersione di energia (EDS) utilizzato per l analisi composizionale. Calcolo del coefficiente di trasmissione (Trasmissione %) Per calcolare il coefficiente di trasmissione occorre prima determinare il fattore di calibrazione F tra il rivelatore di riferimento e la camera monitor senza l oggetto di prova interposto. L utilizzo della camera monitor, opportunamente calibrata con il fattore F, permette di risalire alla dose nel punto di misura come se non fosse presente l oggetto esaminato. La disponibilità quindi delle due misure (dose con e senza oggetto interposto) per la stessa emissione di raggi X permette di calcolare il valore di trasmissione indipendentemente da eventuali fluttuazioni nell output dell apparecchiatura radiologica. Il coefficiente di trasmissione è stato dunque calcolato con la seguente relazione: Trasmissione % = (dose con oggetto interposto/ dose senza oggetto interposto) X 100 (1) Calcolo dell'equivalente in piombo L'equivalenza in Piombo dei DPI è stata determinata dalla misura della dose per il fascio attenuato dal camice in esame e paragonato con lo spessore di piombo cui corrisponde lo stesso valore di dose. Poiché gli spessori a disposizione hanno una risoluzione di 0,05mm di Pb, per l'esatto spessore equivalente in Pb (incognita x nella (2)) si è eseguita l'interpolazione utilizzando la funzione: f(x) = a e b x + c e d x + k (2) scegliendo i parametri (a,b,c,d,k) in modo da meglio approssimare (best fit) i punti sperimentali ottenuti per i vari spessori disponibili e per le diverse tensione di irraggiamento: 60, 80 e 100 kvp. In Figura 4 si riportano i valori di attenuazione misurati e le corrispondenti curve di trasmissione f(x). 3

4 Figura 4: valori di trasmissione ottenuti sperimentalmente per i tre valori di tensione impiegati e corrispondenti f(x) RISULTATI I DPI esaminati hanno evidenziato, a parità di spessore piombo equivalente dichiarato, caratteristiche di attenuazione e pesi significativamente diversi tra loro. Queste differenze prescindono dall adozione o meno del Piombo quale elemento schermante. La differenza riscontrata tra i diversi gradi di attenuazione diventa particolarmente rilevante in funzione di quella che è la destinazione d uso di questi dispositivi. In Figura 5 vengono riportati i valori di trasmissione misurati per le Gonne dichiarati 0,25 mm Pb equivalenti. Figura 5: valori di trasmissione misurati per le Gonne esaminate con spessore dichiarato pari a 0.25 mm Pb equivalente 4

5 Figura 6: Spessore piombo Equivalente misurati per Gonne esaminate con spessore dichiarato pari a 0.25 mm Pb equivalente Si noti come i valori di trasmissione misurati a 100 kv per la Gonna D e la Gonna B si differenziano per circa il 50% con conseguente assorbimento non della stessa quantità di radiazioni ma di dosi l una molto prossima al doppio dell altra. Dai risultati ottenuti non si ottiene una precisa correlazione tra peso e capacità di attenuazione ne tantomeno una differenza tra il grado di attenuazione ottenibile utilizzando il Piombo e quello conseguito con l impiego di materiali alternativi. Infatti sono stati ottenuti valori di efficienza analoga per esempio per i materiali C ed Fb (Tabella 1) che utilizzano come materiale schermante rispettiva Pb e Sb. I campioni B e D mostrano la stessa efficienza (Tabella 1) come risultato di pesi e proprietà di attenuazione completamente diverse che ne suggeriscono l adozione per realtà lavorative differenti. Figura 7 : Microfotografia SEM del campione A 1000X Agglomerati chiari di forma e dimensioni abbastanza regolare, distribuiti in modo omogeneo nella matrice; sono costituiti essenzialmente di Pb Figura 8: Microfotografia SEM del campione F 1000X Agglomerati chiari di forma e dimensioni irregolari, distribuiti in modo disomogeneo nella matrice; sono costituiti essenzialmente di Sb 5

6 Il peso di un camice anti-x è sicuramente un elemento importante ai fini della sua caratterizzazione. Questo in virtù delle modalità del suo uso che può essere indossato in determinate condizioni, quali ad esempio le attività radiodiagnostiche complementari, in modo continuativo per intervalli di tempo lunghi. Gonna 0.25 mm Pb Materiale Impiegato Pb equivalente a 60 kv 80 kv 100 kv Peso per unità di superficie (Kg/m 2 ) Efficienza (Pb eq. medio/ Peso per unità di sup.) A Pb B Sb C Pb D Pb E Sn + W Fb Sb Fv Pb + Sb Tabella 1: sintesi dei risultati ottenuti per le Gonne esaminate con spessore dichiarato pari a 0.25 mm Pb equivalente Corpetto 0.25 mm Pb Materiale Impiegato Pb equivalente a 60 kv 80 kv 100 kv Peso per unità di superficie (Kg/m 2 ) Efficienza (Pb eq. medio/ Peso per unità di sup.) A Pb B Sb C Pb D Pb Fb Sb Fv Pb + Sb Tabella 2: sintesi dei risultati ottenuti per i Corpetti esaminati con spessore dichiarato pari a 0.25 mm Pb equivalente Per correlare il peso con le caratteristiche di attenuazione dei diversi DPI in esame è stato introdotto il parametro efficienza definito come il rapporto tra il valor medio dello spessore Piombo equivalente misurato alle varie energie e il peso per unità di superficie (kg/m 2 ). Nelle Tabelle 1 e 2 vengono sintetizzati i risultati ottenuti per gli indumenti (Corpetto e Gonna) esaminati e aventi spessore Piombo equivalente dichiarato pari a 0.25 mm Pb. 6

7 L analisi chimica ha confermato l adozione, quale materiale schermante, dell elemento dichiarato dal Produttore in tutti i casi in cui l etichettatura riporta tale dato, evidenziando anche le significative diversità presenti nella composizione delle singole matrici, come si può vedere nelle figure da 7 a 10. Ad analoghi risultati si è giunti per spessori dichiarati pari a 0.50 mm Pb equivalente come mostrato nelle tabelle 3 e 4. Gonna 0.5 mm Pb Materiale Impiegato Pb equivalente a 80 kv 100 kv Peso per unità di superficie (Kg/m 2 ) Efficienza (Pb eq. medio/ Peso per unità di sup.) A Pb B Sb C Pb D Pb E Sn + W Fv Pb + Sb Tabella 3: sintesi dei risultati ottenuti per le Gonne esaminate con spessore dichiarato pari a 0.5 mm Pb equivalente Corpetto 0.5 mm Pb Materiale Impiegato Pb equivalente a 80 kv 100 kv Peso per unità di superficie (Kg/m 2 ) Efficienza (Pb eq. medio/ Peso per unità di sup.) A Pb B Sb C Pb D Pb Fv Pb + Sb Tabella 4: sintesi dei risultati ottenuti per i Corpetti esaminati con spessore dichiarato pari a 0.5 mm Pb equivalente 7

8 Figura 9: Microfotografia SEM del campione E 1000X Agglomerati chiari di forma abbastanza regolare, ma dimensioni variabili; sono distribuiti in modo omogeneo nella matrice; sono costituiti essenzialmente di Sn e W Figura 10: Microfotografia SEM del campione B 1000X Agglomerati chiari di forma e dimensioni irregolari, distribuiti in modo disomogeneo nella matrice; sono costituiti essenzialmente di Sb CONCLUSIONI Le differenze, più che significative, tra i valori di spessore Piombo equivalente che sono stati ottenuti, nelle medesime condizioni sperimentali, per i diversi camici anti-x esaminati dimostrano che è estremamente riduttivo valutare la loro adeguatezza sulla base del solo valore Piombo equivalente dichiarato dal produttore. Il grado di attenuazione offerto da camici caratterizzati dallo stesso spessore Piombo equivalente nominale può essere estremamente diverso da quello misurato tanto da non essere, in alcuni casi, adeguato al progetto radioprotezionistico che ne ha richiesto l adozione. La presenza di camici caratterizzati da significative differenze sia in termini di peso sia di capacità di attenuazione rende necessario una valutazione più approfondita. Sarà possibile in questo modo giungere in primo luogo alla selezione di tutti i DPI che garantiscono, in base al grado di attenuazione dimostrato, il contenimento della dose entro i limiti fissati dal progetto radioprotezionistico e quindi graduare i prodotti sulla base di parametri di efficienza, del tipo di quello adottato in questo lavoro, che coniugano le proprietà di attenuazione e il contenimento del peso del DPI. I risultati del lavoro mostrano come siano reperibili sul mercato prodotti che senza far ricorso al piombo, quale materiale attenuatore, garantiscono caratteristiche di attenuazione delle radiazioni ionizzanti analoghe a quelle offerte dai camici convenzionali. Anche tra questi prodotti lo spessore piombo equivalente nominale non è da solo garanzia di adeguatezza alle esigenze radioprotezionistiche. RINGRAZIMENTI Gli autori ringraziano il Dr. Marco Serafini per la collaborazione nella realizzazione delle misure sperimentali e nell analisi dei risultati e l Avv. Maria Chiara Aliani Soderi per la consulenza legale. BIBLIOGRAFIA 1. J. P. Mc Caffrey, H. Shen, B. Downton and E. Mainegra- Hing Radiation attenuation by lead and nonlead materials used in radiation shiealding garments Med. Phys. Vol. 34 no. 2, Feb Dispositivi di protezione dalla radiazione X per uso medico-diagnostico Parte 1: determinazione delle proprietà di attenuazione dei materiali - IEC / EN